DE1238343C2 - Fliegerschulungsgeraet zur Nachahmung von Radarbildern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES -wmjSf^ PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. Cl.:

B64d

G09b
Deutsche Kl.: 62 c-27/03

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

1 238 343
A 34325 X.I/62 c
26. März 1960
6. April 1967
19. Oktober 1967

Auslegetag:

Ausgabetag:

Patentschrift stimmt mit der Auslogeschrift übenein

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fliegerschulungsgerät zur Nachahmung von Radarbildern, wobei auf dem Bildschirm einer Wiedergaberöhre eine Darstellung eines Radarbildes erzeugt wird.

Es ist bereits versucht worden, eine optische Analogie für ein Radarbild mittels einer Modellanordnung zu schaffen. Hierfür wurde ein Präzisionsrelief verwendet, wobei die Aufgabe der rundum suchenden Flugzeugantenne durch eine optische Strahlungsquelle übernommen wurde. Das auf diese Weise optisch ausgeleuchtete Modellrelief lieferte bezüglich des radialen Auflösungsvermögens ein Bild, das der funkmäßigen Abtastung der Erdoberfläche entspricht. Das so bestrahlte Präzisionsrelief wurde entweder visuell betrachtet oder fotografisch ausgewertet.

Es ist auch ein Radarübungsgerät zur Erzeugung von Darstellungen der Radarechos von fliegenden Objekten und Bodenmerkmalen auf einem Bildschirm bekannt, welches mehrere übereinander angeordnete Zeichenfolien aufweist. Die mit diesen Zeichenfolien zusammenarbeitenden Einrichtungen verwenden unabhängige elektrische Signalgruppen, wobei eine Gruppe die Radarechosignale der fliegenden Gegenstände und eine weitere Gruppe die Radarechosignale der Bodenmerkmale darstellt.

Bei einem bekannten, aber nicht für die Radarausbildung bestimmten Fliegerschulungsgerät wird von einer Fernsehkamera das Modell eines Landeanflugweges erfaßt, wobei die Kamera die Bewegung eines Flugzeuges nachahmt. Das Bild des Modells wird auf einen Wiedergabeschirm projiziert, der die Flugschülerkanzel umgibt. Die von der Fernsehkamera aufgenommenen Videosignale werden unmittelbar in einen Empfänger eingegeben, der das Bild nach Art eines Großraumfernsehprojektors auf eine Leinwand wirft.

Es ist weiterhin ein Radarschulungsgerät zur Wiedergabe künstlicher Radarechos auf einem Bildschirm einer Radarflugzeuganlage bekannt. Dieses Gerät weist eine Karte auf, auf der die Radarkennzeichen eines Gebietes der Erdoberfläche nachgeahmt sind. Femer ist eine elektromagnetische Einrichtung vorgesehen, die in Wechselwirkung mit der Karte elektrische Signale entsprechend diesen Radarkennzeichen hervorruft. Außerdem enthält das Gerät Rechenanlagen, die von den elektrischen Signalen beeinflußt werden und auf dem Bildschirm Leuchtspuren bewirken, die entsprechend der Höhe der nachgeahmten Radaranlage veränderbar sind. Bei diesem Schulungsgerät wird ein Lichtstrahl vom Schirm einer Kathodenröhre aus mit einem Linsen-Fliegerschulungsgerät zur Nachahmung von
Radarbildern

Patentiert für:
General Precision, Inc.,
Tarrytown, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz,. Dr. G. Hauser

und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Robert M. Eisenberg, Rockville, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 7. April 1959

system auf die Kartenoberfläche gerichtet. Die Kathodenstrahlröhre wird derart betrieben, daß ihr Lichtpunkt die nachzuahmende Abtastbewegung der Radarantenne in bezug auf Seiten- und Neigungswinkel ausführt. Der beleuchtete Bereich der Oberfläche der Karte bewegt sich längs einer Linie, so daß praktisch nur eine punktweise und keinesfalls eine flächenweise Abtastung durchgeführt wird. Zur punktweisen Abtastung ist lediglich eine Fotozelle oberhalb der Karte erforderlich, die ein elektrisches Signal liefert, das der Amplitude des Bodenechos entspricht. Mit diesem bekannten Radarnachahmungsgerät kann lediglich eine der drei Hauptbetriebsarten eines modernen Radargeräts nachgeahmt werden, nämlich die Bodendarstellung. Eine Umrißdarstellung oder eine Darstellung, die zur Aufschlags- oder Kollisionsverhinderung dient, ist mit dieser bekannten Einrichtung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Nachahmung von Radarbildem zu schaffen, mit der die drei Hauptbetriebsarten eines modernen Radargeräts nachgeahmt werden können, nämlich die Bodendarstellung, die Umrißdarstellüng und die zum Kollisionsschutz dienende Darstellung. Gemäß der Erfindung kennzeichnet sich die Einrichtung zur Nachahmung von Radarbildern durch ein dreidimensionales Modell des darzustellenden Gebietes, ferner durch eine über dem Modell dreidimensional bewegbar und um eine lotrechte Achse drehbar angeordnete Lichtquelle, die einen. Flächen-

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bereich der Modelloberfläche anstrahlt, weiterhin durch eine über dem Modell um eine lotrechte Achse drehbar und wenigstens in einer Ebene bewegbar angeordnete Fernsehkamera, die das von der Modelloberfläche reflektierte Licht aufnimmt, wobei Drehbewegungen der Lichtquelle und Fernsehkamera gleichlaufend gekoppelt sind, und durch ein Steuergerät, das die Drehbewegungen regelt und die dabei erzeugten Videosignale an eine Bildröhre weiterleitet.

Ein Ausführungsbeispiel des Fliegerschulungsgerätes ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung und ein Blockschaltbild,

F i g. 2 Lichtkegel des beleuchteten Reliefteils,

F i g. 3 eine Seitenansicht der Lichtquelle mit Reichweite,

F i g. 4 ein Abtastmuster des darzustellenden Bereiches auf dem Bildschirm,

F i g. 5 Spannungsverlauf am Ausgang der Kameraröhre für die Azimutabtastung,

Fig. 6 ein Zielmodell in rückwärtiger Schrägansicht aus geringer Höhe,

Fig. 7 eine Vorderansicht des Zielmodells von F i g. 6 aus großer Höhe,

F i g. 8 eine Vorderansicht des Zielmodells aus geringer Höhe,

Fi g. 9 ein Blockschaltbild der Synchronisier- und Ablenkkreise,

F i g. 10 Gesichtsfeld von zwei Optiken zur Erläuterung der Kompensation,

Fig. 11 eine perspektivische Teilansicht der Lichtquelle,

Fig. 12a bis 12c Gerüst zur Verschiebung der Kamera relativ zum Relief,

Fig. 13 die geometrischen Verhältnisse eines Reliefs in bezug auf Höhe und Lage des nachgeahmten Flugzeuges,

F i g. 14 eine Umwandlungsschaltung für eine höhenabhängige Radarstellung,

Fig. 15 die Anwendung eines Diapositivs zur Erzeugung von Höhensignalen,

Fig. 16 die Verwendung einer undurchsichtigen Abbildung zur Erzeugung von Höhensignalen,

Fig. 17 die Anordnung des Diapositivs oder der undurchsichtigen Abbildung,

Fig. 18 eine Seitenansicht der Lage der Kamera und des Prismas bei nachgeahmten Flugzeugen in mittlerer Höhe,

Fig. 19 eine Seitenansicht bei nachgeahmten Flugzeugen in großer Höhe und

Fi g. 20 eine Seitenansicht bei nachgeahmten Flugzeugen in geringer Höhe.

Mit dem Fliegerschulungsgerät ikönnen drei verschiedene Betriebsarten einer Radareinrichtung nachgeahmt werden, und zwar die Bodendarstellung, die Umrißdarstellung und die KöUisionsverhinderung.

Zur Nachahmung der Bodendarstellung enthält die Anordnung, wie das Blockschaltbild (Fig. 1) zeigt, eine Lichtquelle 2, ein Prisma 4 -und ein -Objektiv 6, die so angeordnet sind, daß sie in rechtwinkligen oder Polarkoordinaten entsprechend den Signalen, die von der Lage des nachgebildeten, das Radargerät tragenden Flugzeugs abhängen, über einer dreidimensionalen Geländedarstellung :8 (Fig. 12a bis 12c) verschoben werden können. Die Kamerabewegung wird durch einen Längsschlitten 150 und einen Querschlitten 151 gesteuert. Ein Lagergehäuse 152 und eine Führungsstange 153 sind an einem Rahmen 157 befestigt, während eine Zuleitungsschnur 154, eine Bürstenanordnung 155 und eine Schleifringanordnung 156 sich mit den Kameraschlitten bewegen. Die Lichtquelle 2 (Fig. 1) ist mit einer vertikalen Verstellmöglichkeit versehen, damit ihre Höhe über der Bezugsebene des Geländemodells entsprechend den Höhensignalen verstellt werden kann.

Der von der Lichtquelle ausgehende Lichtkegel ist so geformt, daß eine bestimmte Fläche (F i g. 2) auf der Karte gleichmäßig beleuchtet wird j die gleich oder größer als die Azimut- und Entfernungsbereiche ist, die von der nachgebildeten Radareinrichtung abj gesucht werden. Die beleuchtete Kartenfläche ist

durch die Linie 10 begrenzt, während die sichtbare Suchfläche, die sich im Bereich des Prismas befindet, durch die Linie 12 gegeben ist.

F i g. 3 zeigt eine Seitenansicht der Lichtquelle 2 und eines Teils der Geländedarstellung 8, wobei die durch den Lichtkegel erfaßte Fläche durch die Linien 12 begrenzt ist. ·

Der auf dem nachgeahmten Radarschirm darzustellende Bereich (Fig. 1) wird durch das Objektiv des Abtastkopfes auf die Fotokathode einer Kameraröhre entworfen, deren Abtastmuster in F i g. 4 dargestellt ist. Eine oszillographische Darstellung der Ausgangsspannung der Vidiconröhre zeigt die. Azimutabtastung 17 (Fig. 5). Die am Ausgang der Kameraröhre auftretenden schwachen Signale werden in Videoverstärkern 14 (Fi g. 1) verstärkt, dann auf einen festen Bezugspegel bezogen und dem Gitter oder der Kathode der Anzeigeröhre 16 des Radargerätes zugeführt. Die sektorförmige Abtastung wird dadurch erzielt, daß eine Ablenkspannung von geeigneter Wellenform in ihre X- und F-Komponenten um das die Flugrichtung darstellende Azimutlager zerlegt wird.

Eine gleichartige Abtastung dient zur Ablenkung des Elektronenstrahls in der Radarbildschirmröhre synchron mit der Abtastung der Kameraröhre. Die der Kathodenstrahlbildröhre zugeführten Videosignale bewirken eine Helligkeitsverstärkung der Strahlspur an den richtigen Stellen und beschreiben damit auf dem Anzeigeschirm das gleiche Bild wie auf der fotoleitenden. Speicherplatte der Kameraröhre. Wenn das Geländemodell entsprechend den Reflexionseigenschaften von Radarsignalen gestaltet ist, ergibt die Wiedergabe auf der Bildschirmröhre eine genaue Nachbildung derjenigen Wiedergabe, die in einem tatsächlichen im Flugzeug befindlichen Radargerät über dem betreffenden Gelände beobachtet würde.

Die Ablenkspannungen, Auswertimpulse, Auslast- und Pegelhaltimpülse und Entfernungsmarken werden im Synchronisiergerät 18 (Fig. 1) erzeugt, dessen Blockschaltbild in Fi g. 9 dargestellt ist. Das Synchronisiergerät 18 (Fig. 1) liefert dem Vorverstärker 36 des Abtastkopfes einen Austastimpuls über die Leitung 38, dem Ablenkverstärker 40 mit Pegelhalteschaltung einen Halteimpuls über die Leitung 42, dem Koordinatenumrechner 44 ein Ablenksignäl über die Leitung 46, dem Koordinatenumrechner 48 ein Abieriksignal über die Leitung 50, der Mischstufe 20 die Entfernungssignale ,über die Leitung 19, dem Anzeigegerät 52 die Austast- und Pegelimpulse über die Leitung 51, der Azimut-

ablenkschaltung 54 die Zeitimpulse über die Leitung 53 und dem Azimutumrechner 56 die Ablenkimpulse über die Leitung 57.

Der Abtastkopf 60, der das Objektiv 6, die Kameraröhre 61, die Ablenkspulen 62 und den Vorverstärker 36 umfaßt, empfängt Abtastsignale vom Ablenkverstärker 40 über die Leitungen 63 und 64. Diese Sägezahnspannungen werden durch das Ablenksignal von der Leitung 46 erzeugt, das im Umrechner 44, dessen Läufer durch die Antennenwelle 66 in die Stellung A gebracht wurde, in seine Sinus- und Cosinuskomponenten zerlegt wird. Diese zeriegten Ablenkspannungen werden über die Leitungen 67 und 68 auf den Ablenkverstärker 40 gegeben und gelangen von dort über die Leitungen 63 und 64 auf den Abtastkopf. Der Austastimpuls der Leitung 38 gibt das Videosignal aus der Kameraröhre 61 im rechten Zeitpunkt frei, so daß es über die Leitung 13 zum Videoverstärker 14 und von dort zum Mischverstärker 20 über die Leitung 15 gelangen kann. Die Ausgangsspannung der Mischstufe 20 setzt sich zusammen aus der Bildinformation vom Verstärker 14, den Entfernungsmarken vom Synchronisiergerät über die Leitung 19 und Spezialzeichen, die vom Spezialzeichenerzeuger 70 über die Leitung 71 zugeführt werden.

Der Umrechner 56 erzeugt Azimutmarken durch die Einstellung seines Läufers entsprechend der Betätigung des Azimutmarkeneinstellers 72 und zerlegt die dem Läufer zugeführte Ablenkspannung in ihre Sinus- und Cosinusbestandteile, die auf den Leitungen 73 und 74 erscheinen. Der Azimutablenkspannungserzeuger 54 liefert die Ablenkspannungssignale für das Anzeigegerät 52. Die Ablenkspannungen werden dadurch erzeugt, daß vom Synchronisiergerät ein Ablenksignal über die Leitung 50 auf den Läufer des Antennengoniometers 48 gegeben wird. Die entsprechend zerlegten Ablenksignale gelangen über die Leitungen 75 und 76 auf die Abierikschaltung 54. Die vereinigten Ablenk- und Markierungsspannungen werden über die Leitungen 77 und 78 auf die Ablenkspulen des Radaranzeigegeräts gegeben. Auf diese Weise gelangen Video- und Ablenksignale entsprechend der Einstellung der Kamera auf den Anzeigeschirm in derjenigen Azimutstellung, die durch die Azimutwelle der Antenne gegeben ist, und gleichzeitig erscheinen die Azimutmarken bei demjenigen Azimutwinkel, der durch den Beobachter mittels seines Einstellknopfes 72 gewählt wurde.

Verschiedene Effekte, wie Echoverstopfung, Rausehen oder elektronisch erzeugte Luftziele, lassen sich mittels des Spezialeffekterzeugers 70 über die Mischstufe 20 in die Anordnung einführen.

Das Fliegerschulungsgerät besitzt einen Entfernungsbereichwähler, der das Gesichtsfeld des Objektivs beeinflußt, ©ie verschiedenen Objektive sind zu diesem Zweck in einem Revölververschluß der Kamera angeordnet. Der Objektivrevolver wird vom Entfernungsbereichwähler von der nicht dargestellten Schalttafel aus ferngeschältet. Für den größten Entfernungsbereich wird ein Weitwinkelobjektiv verwendet. Bei kürzeren Bereichen wird ein Objektiv mit kleinerem Gesichtsfeld zwischen die Vidiconröhre und das Prisma in den Lichtweg eingeschaltet. Da sich das Gesichtsfeld konzentrisch verkleinert, muß das Prisma etwas um «eine :Seitenachse geschwenkt werden, um die hintere 'Kante des Ge-Sichtsfeldes wieder auf den Nullpunkt des Entfernungsbereiches senkrecht unter dem Prisma zurückzubringen. Das Gesichtsfeld zweier Objektive und die erforderliche Rückstellung zum Ausgleich des Abtastmusters zeigt Fig. 10. Wenn der unterste Punkt des Kreises 96 den Entfernungsbereich Null am Boden darstellt, so bedeutet die gestrichelte Linie 97 das Gesichtsfeld eines Objektivs mit größerer Brennweite ohne Kompensation. Wenn das Ablenkprisma etwas geneigt wird, um den Rand des Gesichtsfeldes wieder durch den Nullpunkt hindurchgehen zu lassen, so ergibt sich ein Gesichtsfeld, das durch den Kreis 98 begrenzt wird. Der Entfernungsbereich einer langbrennweitigen Linse, deren Gesichtsfeld durch den Kreis 96 begrenzt ist, wird durch die Strecke P₁ dargestellt. Der Entfernungsbereich der kurzbrennweitigen Linse ist mit P₂ bezeichnet. Die gestrichelte Linie 99 bedeutet die Verschiebung des Entfernungsnullpunktes bei einer Neigung des Prismas.

Die verwendete Lichtquelle besteht aus einer Lampe geringer Leistung mit Gehäuse sowie einem Kollimator und einem Lichtführungsstab. Der Lichtführungsstab besteht aus Plexiglas und hat einen Durchmesser von etwa 3 mm. Der Stab ist an seinem unteren Ende so gestaltet, daß er das Licht auch in die Täler des Geländemodells eindringen läßt, wodurch die Nachahmung bei geringeren Höhen verbessert wird.

Der Plexiglasstab 21 (Fig. 11) verläuft durch einen Gummiring 25 am oberen Ende seines Trägergehäuses 22. Am unteren Ende des Trägergehäuses ist ein Ring aus federnd ausgebildeten Metallfühlern 24 angebracht, durch die der Stab frei hindurchgeht. An der Durchgangsstelle trägt der Kunststoffstab einen Metallring 26, der mit einem nicht dargestellten Relais verbunden ist. Der Stromkreis wird über einen mit den Metallfühlern verbundenen Draht geschlossen, falls der Lichtstab ausweichen und die Fühler berühren sollte. Dieser Zustand tritt ein, wenn das untere Ende des Lichtstabes auf die Reliefoberfläche mit einem Gewicht von mehr als 5 g auftrifft. Durch die Betätigung des Kollisionsrelais werden der horizontale und der vertikale Antrieb stillgesetzt und können erst wieder eingeschaltet werden, wenn die Lichtquelle angehoben wurde. Wenn das Radarnachbildegerät einen Teil einer Flugnachahmungsvorrichtung bildet, kann dieser Kollisionsschalter verwendet werden, um die Bruchlandevorrichtung zu betätigen, die einen Zusammenstoß mit der Erdoberfläche anzeigt.

Das Relief besteht aus einem Kunststoffguß, wobei Blöcke aus dem Reliefmaterial Ziele und Zielgruppen bedeuten. Wasser wird durch eine glänzende schwarze Fläche dargestellt. Für stark reflektierende Ziele werden die Flächen der Zielblöcke weiß bemalt. Drei Abstufungen von Grau werden verwendet, um Ziele mit geringerem Reflexionsvermögen und freie Landflächen darzustellen. Außerdem wird eine Oberflächenstruktur gegebenenfalls verwendet, um die Reflexion von Gelände mit rauher Oberfläche nachzubilden. Das fertige Modell ist ein dreidimensionales theoretisches Radarbild eines Te;!s der Erdoberfläche.

Die richtige Ausbildung der Ziele im Relief gewährleistet die Erzeugung von naturgetreuen Zei-Chen, sowie der Haupteffekte und der Abschattung. Beispielsweise kann ein Ziel mit geringem Echo-

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effekt bei großem Einfallwinkel zu einem sehr guten Rückstrahler bei kleinen Einfallwinkeln werden. Die Ausbildung eines prismatischen Zielblocks 28 zeigt in Fig. 6 eine rückwärtige Schrägansicht aus geringer Höhe, in F i g. 7 eine Vorderansicht des gleichen Ziels aus großer Höhe und in Fig. 8 eine Vorderansicht des Ziels aus geringer Höhe. Die Vorderseite des Zielblocks ist weiß gestrichen. Ein derartiges Ziel zeigt ausgezeichnet die in der Natur auftretenden Haupteffekte, d. h., es ist nur ein Echo zu beobachten, wenn das Ziel aus der richtigen Richtung angeflogen wird. Gruppen derartiger Zielblöcke, die einen Zielkomplex bilden, erzeugen ein Reflexionsmuster, das sich je nach der Anflugbahn ändert. Der Winkel der abgeschrägten Zielfläche kann auch so gewählt werden, daß bei hohen Einfallwinkeln kein Echo auftritt, während das Ziel bei geringen Einfallwinkeln gut sichtbar ist und umgekehrt.

Wenn das nachgebildete Flugzeug sich in großen Höhen befindet, so sind Kamera und Prisma (F i g. 19) so orientiert, daß die Blickrichtung im wesentlichen senkrecht zur Kartenoberfläche verläuft, wobei die vertikalen Seitenflächen der Zielblöcke durch die Kamera nicht erfaßt werden können. Bei geringen Höhen wird das Prisma 4 gedreht, um den Einfallwinkel zu verringern (F i g. 20).

Schattenwirkungen werden dadurch erzeugt, daß die Lichtquelle als Funktion der nachgeahmten Höhe gehoben und gesenkt wird (Fig. 18 bis 20). Die Kamera sieht nur diejenigen Kartenflächen, die beleuchtet sind. Deshalb ergeben nur diejenigen Ziele und dasjenige Gelände ein Signal am Kameraausgang, die nicht beschattet sind.

Bei dem Fliegerschulungsgerät werden die Bewegungen der beiden Schlitten sowie der Lichtquelle und der Kamera durch Lage-, Richtungs- und Höhenrechner programmiert, wobei die Rechner folgende Informationen verwenden:

V_n --■ horizontale Fluggeschwindigkeit.

Ψ -- Flugrichtung,

'/'„, = Richtung der Kartenhauptachse,

K — Maßstabsfaktor des Geländemodells,

L₀ — Schlittengeschwindigkeit in Längsrichtung, ,

L_A = Schlittengeschwindigkeit in Seitenrichtung.

Für die Schlittenbewegung in Längsrichtung gilt der Ausdruck

L₀ ■=- V_n cos

Ψ Ψ

•τ — tr m

κ ■

während die Schlittenbewegung in Seitenrichtung durch die Formel

La —■ V_n sin

Ψ Ψ K

ausgedrückt wird.

. Mit L₁, ist die Vertikalgeschwindigkeit der Lichtquelle und rnit die Änderungsgeschwindigkeit der

Flugzeughöhe bezeichnet; die Vertikalbewegung der Lichtquelle ergibt sich aus der Formel

L_h ■=■

Ah
■df ■Κ

Die für das nachgeahmte Flugzeug berechnete Winkelgeschwindigkeit -v* gilt für die Drehung der

Kamera sowie des Prismas und der Lichtquelle um ihre Drehachse, die mit gleicher Geschwindigkeit wie das nachgeahmte Flugzeug erfolgt.

Der Einsatz des Fliegefschulungsgeräts zur Nachahmung einer Kollisionsgefahr sieht eine Grenzebene vor, die parallel zur Flugbahn des Flugzeuges in

ίο einer gewissen Höhe oberhalb oder unterhalb des Flugzeuges läuft.

Die geometrischen Verhältnisse zur Kollisionsverhinderung sind in Fig. 13 dargestellt. Die Umwandlung der geometrischen Bedingungen erfolgt durch ein Rechenwerk (Fig. 14), wobei die Höhe über Grund längs der Abtasteinrichtung des Radarstrahls über eine Zusatzeinrichtung bestimmt werden muß.

Hierfür werden die Potentiometer 80, 81, 82 und 83 mit den angegebenen Spannungen gespeist, und ihre Läufer werden von Wellen angetrieben, deren Stellungen den Werten h, h₀, tg Θ und cos Θ entsprechen. Die an den Potentiometerläufern abgenommenen Signale werden auf die Verstärker 84, 85 und 86 gegeben. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 86, die dem Wert — ht_r proportional ist, wird dem Schwellenwert- und Abschneidverstärker 87 zugeführt, wo sie mit dem über die Leitung 90 zugeführten, der jeweiligen Geländeerhebung ht entsprechenden Spannung kombiniert wird, um ein Signal zu ergeben, das auf die Torschaltung 92 gegeben wird. Diese Torschaltung 92 erhält die Bildspannung über die Leitung 91 vom Abtastkopf (Kamera) und moduliert sie entsprechend der vom Verstärker 87 gelieferten Spannung, so daß sich bei 93 eine Spannung ergibt, die das Warnsignal zur Kollisionsverhinderung darstellt, das dem Radarbildschirm zugeführt wird.

Das von der Vidiconröhre gelieferte und vom Relief abgetastete Signal erscheint demnach auf der Leitung 91. Dieses Signal wird entsprechend den Werten der Geländehöhe und der jeweiligen Höhe der projizierten Grenzebene durchgelassen oder unterdrückt. Wenn ht größer als ht_r ist, so wird die Torschaltung 92 geöffnet, so daß die Signalspannung auf dem Bildschirm erscheint. Bei der Umrißdarstellung des Bodens werden die Einflüsse des Neigungswinkels ausgeschaltet, d. h., die Grenzebene wird parallel zur Horizontalebene genommen, und es gilt

ht_r =

~h₀.

Die Abtastbewegung des Abtastkopfes wird zur Kollisionsverhinderung abgeändert, um einen schräg nach vorn reichenden Bereich zu erhalten. Dies wird dadurch mechanisch nachgebildet, daß die Kontaktarme des am Ausgang der Potentiometer 82 und 83 liegenden Doppelschalters in die obere Stellung gebracht werden. Das auf der Leitung 90 auftretende Geländeumrißsignal wird von einem Diapositiv 110 geliefert, dessen Lichtdurchlässigkeit als Funktion der Geländehöhe sich ändert, oder es ist eine undurchsichtige Abbildung 111 vorgesehen, deren Reflexionsvermögen sich als Funktion der Geländeerhebungen ändert.

Die Anwendung eines Diapositivs, dessen optische Dichte umgekehrt proportional zur Höhe des

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Geländes ist, zeigt Fig. 15. Der durch dieses Diapositiv erfaßte Bereich der Erdoberfläche stimmt überein mit dem Bereich des Reliefs, das zur Bodendarstellung verwendet wird. Ein Lichtpunktabtaster 3Oi. der horizontal synchron mit dem Kameraprisma und der. Lichtquellenanordnung das Geländemodell abtastet und überemstimmend^; mit der Kameraröhre abgelenkt wird, ist an einer Seite des Diapositivs 110 angebracht. Ein Fotovervielfacher 32 ist in gleicher Weise an der anderen Seite des Diapositivs vorgesehen. Die Ausgangsspannung des Fotovervielfachers für jeden Durchlauf des Liehtflecks stellt eine Schwingung dar, deren Momentanamplitude jeweils proportional zur Höhe des Geländes in der entsprechenden Entfernung am gleichen Punkt des Reliefs ist.

An Stelle ,des Diapositivs und: des Lichtfleckabtasters zur Erzeugung der Spannung, die zur Höhe des Geländes proportional ist, kann auch eine undurchsichtige Abbildung 111 zusammen mit einer Fernsehkamera 59 (F i g. 16) verwendet werden. Die Höheninformation ist in der Abbildung 111 in Form verschiedener Grautöne gespeichert, wobei die größte Höhe z. B. in Weiß und die geringste Höhe in Schwarz ausgedrückt wird.

Das Diapositiv wird unterhalb des Geländemodells angebracht oder oberhalb der Schlittenanordnung aufgehängt (Fig. 17). Bei Aufhängung werden die Lichtquelle und die Abtastvorrichtung unmittelbar vom Kameraträger 140 angetrieben.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Fliegerschulungsgerät zur Nachahmung von Radarbildern, wobei auf dem Bildschirm einer Wiedergaberöhre das Radarbild dargestellt wird, gekennzeichnet durch ein dreidimensionales Modell (8) des darzustellenden Gebietes, ferner durch eine über dem Modell dreidimensional bewegbar und um eine lotrechte Achse drehbar angeordnete Lichtquelle (2), die einen Flächenbereich der Modelloberfläche anstrahlt, weiterhin durch eine über dem Modell um eine lotrechte Achse drehbar und wenigstens in einer Ebene bewegbar angeordnete Fernsehkamera (36), die das von der Modelloberfläche reflektierte Licht aufnimmt, wobei die Drehbewegungen der Lichtquelle (2) und der Fernsehkamera (36) gleichlaufend gekoppelt sind, und durch ein Steuergerät (18, 40, 66, 44), das die Drehbewegungen regelt und die dabei erzeugten Videosignale über einen Regler (18, 56, 54, 66, 48) an eine Bildröhre (16) weiterleitet.

2. Fliegerschulungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Fernsehkamera (36) und Bildröhre (16) eine Mischstufe (20) geschaltet ist, der neben dem Videosignal Spezialsignale zum Nachbilden von besonderen Radareffekten zuleitbar sind.

3. Fliegerschulungsgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse der Fernsehkamera parallel zur Modellebene angeordnet ist, wobei vor der Optik (6) der Kamera ein Umlenkprisma (4) angeordnet ist, das um eine horizontale, senkrecht zur optischen Achse der Kamera verlaufende Achse schwenkbar ist.

4. Fliegerschulungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2} lotrecht unter dem Prisma' (4) höhenverstellbar angeordnet ist.

5. Fliegerschulungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lotrechte Achse, um die sich die Lichtquelle (2) und die Kamera (36) gemeinsam drehen, durch das Prisma und die Lichtquelle hindurchgeht.

6. Fliegerschulungsgerät nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Kamera (36) und Prisma sowie der Höhenunterschied zwischen der Kamera und dem Prisma veränderlich ist und daß die Kamera mit Objektiven unterschiedlicher Brennweite ausgerüstet ist.

7. Fliegerschulungsgerät nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell (8) in bekannter Weise ein dreidimensionales Radarbild eines Teils der Erdoberfläche darstellt, wobei die Modelloberfläche mit einer zwischen Weiß und glänzendem Schwarz abgestuften Grautönung bedeckt ist, und auswechselbare Zielstrukturen in das Modell einsetzbar sind.

8. Fliegerschulungsgerät nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Videosignalleitung zur Bildröhre (16) ein Tor (92) eingeschaltet ist, das von einem Verstärker (87) gesteuert wird, wobei das Tor nur dann ein Videosignal durchläßt, wenn der Eingang (90) des Verstärkers (87), der ein synchron abgetastetes Höhensignal ht darstellt, größer ist als ein von einem Verstärker (86) kommender Eingang, der ein Signal ht_r darstellt, das ein Maß für die Höhe über NN einer vorbestimmten Bezugsebene an dem Ort ist, an dem das Höhensignal ht abgetastet wird.

9. Fliegerschulungsgerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet, durch Potentiometer (80 und 81), an denen Spannungen einstellbar sind, die der Flughöhe (/?) über NN und der Flughöhe (Zr₀) über einer gewählten Bezugsebene proportional sind, ferner daß bei Bezugsebenen, die gegenüber der Horizontalen um den Winkel Θ geneigt sind, an weiteren Potentiometern (82, 83) Spannungen einstellbar sind, die den Werten cos θ und tg Θ proportional sind, und daß aus diesen Werten durch Verstärker (84, 85) das Signal ht_r abgeleitet wird.

10. Fliegerschulüngsgerät nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Höhensignal ht durch Durchleuchtung eines den Höhenwerten entsprechend geschwärzten Diapositivs (110), ableitbar ist.

11. Fliegerschulungsgerät nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Höhensignal ht aus der Reflexion einer entsprechend den Höhenwerten reflektierenden angestrahlten Wandung (111) ableitbar ist.

12. Fliegerschulungsgerät nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsantrieb von Kamera (36) und Lichtquelle (2) mit dem Bewegungsantrieb der das Höhensignal ht abtastenden Einrichtungen (30, 32; 2, 59) gleichlaufend gekoppelt ist.

13. Fliegerschulungsgerät nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Höhe der Lichtquelle (2) über dem Modell entsprechend der Höhe des Flugzeuges durch Signale einstellbar ist.

14. Fliegerschulungsgerät nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) einen Kollisionsschalter (21, 24, 26) aufweist, der bei Berührung des Modells den Bewegungsantrieb der Einrichtung ausschaltet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 1 000 240, 1 007 182, 474: ■ _;

britische Patentschriften Nr. 751628, 753 365;

schweizerische Patentschrift Nr. 315 128;

Naturforschung und Medizin in Deutschland, 1939 bis 1945, für Deutschland bestimmte Ausgabe der FIAT Review of German Science, Bd. 6, Teil IV;

H. J. Zetzmann, »Die Auswertung von Elektronenkarten in der Flugfunknavigation«, Zeitschrift »Das Elektron«, Heft 3, 1949, S. 103 bis 106;

Zeitschrift »Electronics«, September 1953, S. 137 ff.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 097 495.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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